专利名称：机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪的制作方法
技术领域：
机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪
应用领域
本实用新型涉及WorldFIP标准网络，尤其涉及应用于WorldFIP网络的机车 WorldFIP网络数据的分析仪。
背景技术：
WorldFIP标准网络是一种新型的可用于铁路领域的网络系统，由于它的可 靠性、灵活性而被世界上越来越多的国家所采用。但由于WorldFIP的专业性很 强，而且目前的测试手段和测试仪器还很少，尤其是适合于现场使用的便携式 WorldFIP分析设备更是一片空白。
WorldFIP(World Factory Instrumentation Protocol),是符合EN50170标准的 种面向工业控制的现场总线，提供现场设备和控制器以及控制器之间的数字 化连接。相对于其他的国际现场总线标准，WorldFIP在技术上的特点和优势如 下
1) 可靠性高。WorldFIP具有极强的抗干扰能力；能完全满足IEC关于电磁 兼容性的EMC标准；支持电缆冗余，大部分协议固化在硬件上，稳定 性强。
2) 实时性好。生产者一消费者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条 总线上传递大量信息的同时，不会干扰实时变量的通信。
3) 协议单一。WorldFIP现场总线不论低速还是高速，只有一套通信协议， 所以不需要任何网桥或网关，低速与高速网络的衔接只用软件完成。
4) 可与Internet透明连接。由于WorldFIP能分别处理实时数据和消息， 满足了 Internet通信与实时自动化通信互不干扰的要求。因此WorldFlP 是连接总线和Internet的当然之选。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于WorldFIP网络系统的机车用手持式便携 WorldFIP网络数据分析仪。用于对WorldFIP数据进行分析记录，只要将设备接 入WorldFIP标准网络，就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠。由于WorldFIP网络是国际上许多大公司采用的工业现场网络技术，而网络 数据的分析又是对列车调试、维护、检修中的一项重要的工作，因此基于 WorldFIP网络的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，既顺应了发展趋 势，又具有很强的实用性，填补了该仪器在国内的空A。 本实用新型的技术解决方案是这样实现的
一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于包括 AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、 LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP 专用总线收发器模块和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发模块通过 内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的 WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线 RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的数据显示 控制单元通过数据线D01-D08与主控制模块的PB7-PB0端口信号对应相连，开 关控制信号Sl-S6与主控制器模块的PA10-PA15相连；所述的供电单元产生的 +5V电压送到WorldFIP专用总线收发器和数据显示单元的VCC弓l脚，产生的 3.3V电压送到主控模块和WorldFIP协议控制模块的电源引脚，供电单元的参考 地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路；WorldFIP总线 上传输的信号经专用总线收发器采集送入到WorldFIP协议控制模块，经解码后， 将数据转入主控制器模块，数据在主控模块内进行解析、处理、存储，最后以8 位并口数据的形式发送给数据显示单元。
所述的WorldFIP专用总线收发器模块包括WorldFIP专用的总线收发芯片 FIELDRIVE、接口隔离芯片F正LDTR以及具有三态输出设计的驱动芯片 74LVC244;所述的供电单元电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207， 以及隔离芯片BO505T;所述的显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏 和液晶显示屏控制键盘。
与现有技术相比较，本实用新型的优点是显而易见的，只要将该设备接入 WorldFIP标准网络中就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠。
图l为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的电路结构图3为本实用新型的主控制器模块电路图4为本实用新型的WorldFIP协议控制模块MICROFIP电路图； 图5为本实用新型的专用总线收发器电路图； 图6为本实用新型的显示控制单元电路图； 图7为本实用新型的供电单元电路图。
具体实施方式
如图1 图7所示的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其的作用 主要是提供物理连接，负责控制WorldFIP协议控制芯片的工作时序，读取 WorldFIP的相关数据，提供液晶屏的数据显示并完成控制功能，同时还要负责 工作电源的提供等。该数据分析仪通过专用的总线收发器从WorldFIP网络上采 集信号，数据信号先经内部的FIP隔离变压器和通过收发器内部的FIELDRIVE 芯片将高频隔离变压器送来的
曼彻斯特网络信号解码成数字信号，送入协议控制器。WorldFIP协议控制器通 过RST1N、 WTC1X、 TXE1等信号与WorWFIP收发器相连。协议控制器通过 39、 42-49脚的地址线与主控模块的21-24、 32-36脚相连，完成地址寻址的工作， 并通过数据线31-38与主控模块的80、 81、 4-9引脚相连，二者通过数据线传递 WorldFIP网络信号。主控模块将转换后的数据通过PB0-PB7传输到显示控制单 元的D0-D7数据接收引脚内，与二者相连的Sl-S5键控制显示单元的/RST、PSB、 SCLK、 R/W和CS信号并可通过TO旋钮控制显示屏的明亮度。
WorldFIP专用总线收发器模块内部的接口隔离芯片FIELDTR是将 WorldFIP网络的外电路信号经过磁隔离送入总线收发器，或将总线收发器的信 号经高频隔离变压器送至WorldFIP网络，它的隔离电压达3000Vrms， EMC满 足IEC61000-4标准。
WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE是一个集成的线路工具，为 WorldFIP协议控制器和高频隔离变压器提供电气接口，它将协议控制器送来的 数字信号转换成曼彻斯特信号，然后将功率驱动后的信号送至高频隔离变压器， 或将高频隔离变压器送来的曼彻斯特网络信兮解码成数字信号，送入协议控制
器oFIP协议控制器MICROFIP是一种通信微控制器，按功能分为控制部分、 双口存储器、用户接门、PIA、 PIB 口和订户号输入口、 UART (要求符合NFC 或是IEC标准的帧结构和FCS计算)、介质冗余管理。内置的通信协议与 WorWFIP标准兼容，可提供周期性缓冲传输和数据链路层报文服务，也支持应 用层更新和提示机制。另外还能支持和管理介质冗余，无需外加芯片。
AT91SAM7A3构成的主控制器模块是整个设备的核心部分，完成了数据分 析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一员，集成有 CAN控制器。片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备， 包括两个2.0B CAN控制器，以及一整套使外围设备组件数量最少的功能单元。 该微处理器中的片内Flash存储器可以有JTAG-ICE接口系统内编程。内置锁定 位可以保护固件，防止其被误覆盖。AT91SAM7A3的片内Flash模块共1024页， 每页256字节。 一共65536个32位字。Flash模块包括一个256字节的写缓存， 可通过32位的接口访问。当Flash不使用时(读或写访问)，其将自动进入待命 模式。
数据显示控制单元内部的LCM12864ZK型液晶显示屏的字型R0M内含8192个 16*16点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型；电源操作范围宽(2.7V to5.5V)，低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界 面灵活(三种模式并行8位/4位，串行3线/2线)。块具有上/下/左/右移动当 前显示屏幕及清除屏幕的命令。
供电单元包括儿种等级的电源芯片及保护电路，负责整个系统的供电。产 生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3V电压和+2.5V电压。
权利要求1、一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP专用总线收发器模块和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发模块通过内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的数据显示控制单元通过数据线D01-D08与主控制模块的PB7-PB0端口信号对应相连，开关控制信号S1-S6与主控制器模块的PA10-PA15相连；所述的供电单元产生的+5V电压送到WorldFIP专用总线收发器和数据显示单元的VCC引脚，产生的3.3V电压送到主控模块和WorldFIP协议控制模块的电源引脚，供电单元的参考地输出GND则与板内所有GND信号相连，与正电压构成回路。
2、 根据权利要求1所述的机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪， 其特征在于所述的WorldFIP专用总线收发器模块包括WorldFIP专用的总线收发 芯片FIELDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出设计的驱动芯片 74LVC244;所述的供电单元电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207， 以及隔离芯片BO505T;所述的显示控制单元包括LCM12864ZK型液晶显示屏 和液晶显示屏控制键盘。
专利摘要本实用新型公开了一种机车用手持式便携WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、LCM12864ZK型液晶显示屏和控制键盘构成的数据显示控制单元以及WorldFIP专用总线收发模块和供电单元。WorldFIP网络信号由专用总线收发模块采集，经解码后送入主控模块处理数据，最后送入数据显示控制单元。
文档编号H04L29/08GK201341146SQ20092001028
公开日2009年11月4日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者景海林, 田雅华, 董笑辰, 宁 闫, 马晨普 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心